מדענים ראו שמשהו קסום קורה בתוך גרפיט, החומר ממנו עופרת העיפרון שלך עשוי: חום נע בגלים במהירות הצליל.
זה די rad מכמה סיבות: חום לא אמור לנוע כמו גל - הוא בדרך כלל מתפזר ומקפיץ מולקולות מצחקקות לכל כיוון; אם החום יכול לנוע כגל, הוא יכול לנוע בכיוון אחד בהמוניו ממקורו, סוג של אנרגיה מוחצת בבת אחת מחפץ. יום אחד, ניתן להשתמש בהתנהגות העברת חום זו בגרפיט כדי לקרר את המיקרואלקטרוניקה במהירות. כלומר, אם הם יכולים לגרום לעבודה בטמפרטורה סבירה (הם עבדו בטמפרטורות מצמררות עצמות של מינוס 240 מעלות פרנהייט, או מינוס 151 מעלות צלזיוס).
החוקרת קית 'נלסון, כימאית MIT, אמרה ל- Live Science והוסיפה כי מדובר בטמפרטורה הגבוהה ביותר שמישהו ראה התנהגות זו מתרחשת.
עלו על רכבת החום
החוקרים תיארו תנועת חום "רגילה" באמצעות קומקום מחומם - לאחר כיבוי המבער, אנרגיית החום תופס טרמפ על מולקולות אוויר, אשר נתקלות זו בזו ומגישות חום בתהליך. מולקולות אלה מקפצות לכל כיוון; חלק מהמולקולות הללו מתפזרות ישר אל הקומקום. עם הזמן מי הקומקום והסביבה מגיעים לשיווי משקל באותה טמפרטורה.
במוצקים, מולקולות לא זזות מכיוון שהאטומים ננעלים במצב. "הדבר שיכול לנוע זה גלי קול", אמר נלסון, שדיבר עם Live Science יחד עם המחבר הגיאנג צ'ן, מהנדס מכונות בחברת MIT.
במקום זאת, לחמם כשות לפונונים, או חבילות קטנות של רטט קול; הפונונים יכולים להקפיץ ולפזר, ונושאים חום כמו מולקולות אוויר שעושות מהקומקום.
גל חום משונה
זה לא מה שקרה בניסוי החדש הזה.
עבודה תיאורטית קודמת של חן ניבאה כי חום עלול לנוע כמו גל בעת מעבר גרפיט או גרפן. כדי לבדוק זאת, חוקרי ה- MIT חצו שתי קרני לייזר על פני הגרפיט שלהם, ויצרו מה שנקרא דפוס הפרעות בו היו קווי אור מקבילים ולא היה אור. זה יצר את אותה תבנית של אזורים מחוממים ולא מחוממים על פני הגרפיט. לאחר מכן, כיוונו קרן לייזר נוספת לעבר ההתקנה כדי לראות מה קרה ברגע שפגע בגרפיט.
"בדרך כלל החום יתפזר בהדרגה מהאזורים המחוממים לאזורים הלא מחוממים, עד שנשטף דפוס הטמפרטורה", אמר נלסון. "במקום זאת, החום זרם מאזורים מחוממים לאזור שלא היה מחומם, והמשיך לזרום גם לאחר שהטמפרטורה הושוותה בכל מקום, אז האזורים הלא מחוממים היו למעשה חמים יותר מהאזורים המחוממים במקור." האזורים המחוממים, בינתיים, נעשו קרירים עוד יותר מאשר האזורים הלא מחוממים. והכל קרה במהירות עוצמת נשימה - באותה המהירות באותה מידה שהצליל עובר בדרך כלל בגרפיט.
"החום זרם הרבה יותר מהר כיוון שהוא נע בצורה דמויית גל בלי להתפזר," אמר נלסון ל- Live Science.
איך הם קיבלו התנהגות מוזרה זו, אותה מדענים מכנים "צליל שני", להתרחש בגרפיט?
"מנקודת מבט בסיסית זו פשוט לא התנהגות רגילה. צליל שני נמדד רק בקומץ של חומרים אי פעם, בכל טמפרטורה. כל דבר שאנו רואים שהוא רחוק מהאתגרים הרגילים שאנו מבינים ולהסביר אותו," אמר נלסון. .
הנה מה שהם חושבים שקורה: לגרפיט, או חומר תלת ממדי, יש מבנה שכבתי בו שכבות הפחמן הדקות כמעט ואינן יודעות שהאחר נמצא שם, ולכן הן מתנהגות כמו גרפן, שהוא חומר דו מימדי. בגלל מה שנלסון מכנה "ממדיות נמוכה", הפונונים הנושאים את החום בשכבה אחת של הגרפיט הם הרבה פחות סיכויים להקפיץ ולפזר שכבות אחרות. כמו כן, לפונונים שיכולים להיווצר בגרפיט אורכי גל גדולים ברובם מכדי לשקף לאחור לאחר התרסקות אטומים בסריג, תופעה המכונה פיזור אחורי. מנות הסאונד הקטנות הללו אכן מתפזרות מעט, אך נעות בעיקר לכיוון אחד, כלומר בממוצע הן יכולות לנסוע מרחק גדול הרבה יותר מהר.
הערת העורך: מאמר זה עודכן כדי להבהיר כמה מהשיטות בניסוי ואת העובדה שהחום נסע באותה המהירות שצליל יעבור בגרפיט ולא באוויר, כפי שנאמר בעבר.
